【導(dǎo)讀】和設(shè)備的投資，進而影響生產(chǎn)的發(fā)展。因此所設(shè)計的渣漿泵中采用多葉片數(shù)來減。小磨損，將葉輪入口的后蓋板設(shè)計為凸出的、由光滑圓弧組成的輪轂頭。本設(shè)計詳細介紹了渣漿泵的總體結(jié)構(gòu)，工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計。葉輪的主要參數(shù)的選擇和計算????????按疲勞強度條件進行精確校核????????

　　

【正文】 達到較高揚程一般采用多葉片數(shù)大出口角，這對固液兩相流泵是很不利的。理論和試驗都表明，少葉片數(shù)和小出口角更適合。較少葉片數(shù)可減輕葉輪進出口排擠現(xiàn)象，也有利于克服性能曲線的駝峰。考慮磨損和防堵塞 ,一般葉片進口邊的厚度取稍厚。對于細顆粒 ,β 1 18176?！?25176。；對于輸送磨蝕性較強的介質(zhì)，β 1 30176?！?40176。 1 離心泵內(nèi)流場對磨損起關(guān)鍵作用，特別是葉輪出口 附近的射流―尾流結(jié)構(gòu)是離心泵內(nèi)的局部磨損的重要原因。 2 固體顆粒都有趨向于葉輪工作面的趨勢，采用小葉片出口角β 2Z 和大出口寬度 b2 參考文獻 1 朱金曦葉輪內(nèi)固體顆粒運動軌跡的分析計算水泵技術(shù) 1998: 3 2 趙振海 . 管道內(nèi)固液混合物運動的基本方程水泵技術(shù) 1992: 1 3 許洪元 . 關(guān)于泵輪中顆粒運動的研究水泵技術(shù) 1994: 5 4 沈天耀 . 離心葉輪的內(nèi)流理論基礎(chǔ)杭州：浙江大學(xué)出版社， 19875 許洪元心泵葉輪磨損規(guī)律研究中國工程熱物理學(xué)會流體機械學(xué)術(shù)會議論文集 1997: 11 6 郭曉民等經(jīng)驗法設(shè)計渣漿泵嗅水泵技術(shù)， 1996 1 7 關(guān)醒凡 . 的理論與設(shè)計 . 北京： 械工業(yè)出版社， 1987 第十屆美國水射流研討會 1999 年 8 月 14 至 17 日：休斯頓，休斯頓 水射流沖擊作用下物料的建模分析 *與 *** 波士頓西北科技合作中心 Redmond,WA 美國大學(xué)機械工程部 Seattle WA 摘要 通過有限元分析和實驗的測量方法與干涉測量法建立數(shù)學(xué)模型從而研究磨料水射流鉆孔技術(shù)，有限元分析的精確性可以通過與實驗所得的數(shù)值進行比較。對尺 寸為 毫米的聚碳酸酯和陶器類樣本受集中的靜載荷進行研究，從而得出二者的一定聯(lián)系，同樣可以和鍍瓷的材料進行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)有限元模型可以反映出在靜載荷下實際的負載狀態(tài)。在數(shù)字化和實驗的技術(shù)相結(jié)合的條件下推定待測的物質(zhì)與磨料水射流鉆孔時的漿柱之間的聯(lián)系而得出結(jié)論。 關(guān)鍵詞：莫爾干涉測量法，有限元建模分析，靜載荷 概述 磨料水射流加工應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有十五年的歷史了，它廣泛應(yīng)用于切割，鉆孔，尤其是對堅硬物料的切割。然而，磨料水射流切割技術(shù)相當復(fù)雜，我們對這方面的了解比較困難。我們只有在 理想的狀況下將力學(xué)與水射流技術(shù)聯(lián)系起來應(yīng)用在加工工藝過程的研究中才能被應(yīng)用在更為廣泛的經(jīng)濟領(lǐng)域中。解決問題的一種方法是利用數(shù)字模擬的分析方法（ Kobayashi,1987） ,這種方法是被用來研究脆性金屬受到磨料水射流穿透作用下的受力狀態(tài)（ Guo,1998）。 Ramulu 1993 利用光測彈性學(xué)來分析透明材料從而研究水射流力學(xué)和磨料水射流加工。一種光學(xué)實驗的測量法，干涉測量法，被用來研究陶瓷等易碎材料在水射流沖擊作用下表面的變化。對樣本在受力狀態(tài)下進行有限元分析，并利用實驗結(jié)果對照，二者吻合。這就足有力的證 明了實驗與有限元分析的可靠性。這項研究的目的是利用光波干涉來測定水射流作用下物體表面的張力，從而建立有限元模型來分析沖擊的過程。實驗?zāi)M和有限元模型的建立通過分析易碎材料受集中力進行校核。 光學(xué)實驗的建立和過程 磨料水射流系統(tǒng)的研究由高壓泵，多個噴嘴，捕捉單元，還有提供磨料的漏斗。在磨料水射流的噴嘴處有一個直徑 毫米的孔和內(nèi)徑為 毫米的硬質(zhì)合金管子。光波干涉被用來測量陶瓷等脆性材料的靜負荷，光波干涉實驗裝置由許多部分組成，有微感應(yīng)儀器，還有用來產(chǎn)生和測量光波條紋的電子設(shè)備等。測試的樣本為塊狀氧 化鋁的靜負荷，其尺寸為 。樣本被平均1 毫米 1200 條的衍射光柵所覆蓋。實驗的具體細節(jié)可在 Guo 和 Ramulu（ 1991997）。 除有高壓水射流裝置外，還有一個靜載荷的測量裝置來計算區(qū)域的變化趨勢。光學(xué)測量裝置如圖 1 所示，樣本表面的靜載荷是由直徑為 2 毫米鋸齒狀的物體加載的。將標準校核好的砝碼放在由塑料組成的滑移托架上，作用在樣本上的全部靜載荷通過安放在滑移托架中間的測壓元件來測量的。由于這是一個靜態(tài)實驗，所以只需要一個攝象機就能夠完成拍攝光波條紋的任務(wù)。當 u 區(qū)域范圍 內(nèi)的光波條紋被記錄時，區(qū)域范圍就是封閉的，反之亦然。靜載荷裝置外形詳見圖 b。一個鋸齒狀元件被纏到測壓元件上，如圖 c 表示 。全部的載荷數(shù)值可以有測壓元件很快地讀出來，如圖 d 所示。接下來的光波干涉實驗的程序，包括 u 和的范圍內(nèi)的光波條紋的變化都可以被拍攝記錄下來的。靜載荷由零開始慢慢的增加作用在滑移托架上，快速錄象的攝象機可以記錄 u 和的光波條紋的微量變化。 a、用來測定樣本在靜載荷狀態(tài)下變化的光學(xué)儀器 b、靜載荷裝置 c、測壓元件和樣本圖 d、測壓元件圖 圖 1 實驗裝置 有限元建模分析 有限元分析的代碼被應(yīng) 用在這里，齒狀部分被假定為直徑為 2 毫米的圓柱體。利用幾何的對稱性，來確定樣本的模型。在實驗的測試過程中，樣本底部不粘在基座上。圖二是一個典型的網(wǎng)狀的有限元分析的模型，有 2548和節(jié)點和 1863個元件組成。圖 b 是放大的的部分。一個組織結(jié)構(gòu)為三維的立體元件（固體 45）被用來測量樣本和齒狀部分的聯(lián)系。在齒狀部分和樣本的分界面被假定為一個相互聯(lián)系的模型，（關(guān)聯(lián) 49）。用有限元分析建立的網(wǎng)狀模型僅僅反映了樣本的表面的一部分。 結(jié)論及其討論 圖 3所示的在 u和區(qū)域內(nèi)的光波圖案表明了樣本的靜載荷由 0牛增至 45牛。我 們可以發(fā)現(xiàn)最開始的時候在 u 和區(qū)域內(nèi)都在 0 牛負荷的條件下。然而，在 u和區(qū)域內(nèi)光波的波紋關(guān)于受載荷的線對稱，光波的波紋的數(shù)量隨著載荷的增大而增多，這種情形尤其是在區(qū)域內(nèi)更為明顯，如圖 3（ b）所示，圖 4 表明對于氧化鋁樣本的 u 和區(qū)域內(nèi)的光波當載荷由 0 牛增大至 牛的時候，剛開始的時候在 u 區(qū)域內(nèi)有 2 條，在區(qū)域內(nèi)有 3 條，隨著載荷的增大，在兩個區(qū)域內(nèi)的波紋僅僅在一個范圍內(nèi)變化。但數(shù)量并未增多。 （ a）典型的直角網(wǎng)孔 （ b）放大圖 圖 2 處于靜載荷狀態(tài)下的聚碳酸酯的有限元建模分析 圖 5（ a）和（ b）表示的是處在 牛靜載荷下聚碳酸酯的表面的變化的等高線，在的等高線關(guān)于靜負荷的中心線對稱。在圖 5 中描繪的曲線反映的是在同樣的位移中（ 417106 毫米）一個干涉條紋級次的劃分情況，同樣反映了在一個干涉條紋級次的不同光波波紋的樣式。在圖 5（ a）和（ b）中，在 牛的負荷的狀態(tài)下，有 5 條波紋在 u 區(qū)域內(nèi)，有 13 條在區(qū)域內(nèi)。圖 6（ a）和（ b）中，表示的是處在 牛靜載荷下氧化鋁的表面的變化的等高線，每個等高線表示的是在 u區(qū)域內(nèi)位移為 化。即使在 牛的載荷下， 在 u 區(qū)域內(nèi)的最大位移是 毫米，在區(qū)域內(nèi)的最大位移是 4106 毫米，大約 20： 43 的位移變量。這也就意味著處在 牛的載荷作用下的氧化鋁的變化量特別的小在目前光學(xué)實驗的測試中。 圖 5 u 和區(qū)域內(nèi)聚碳酸酯在 牛的載荷下的等高線 圖 6 區(qū)域內(nèi)氧化鋁在 牛的載荷下的等高線 由于對于一個處于靜載荷狀態(tài)下的小的樣本得出的結(jié)論是不嚴謹?shù)?，因此假想一個單元體是一個無限的大的物體的一小部分，進行受力狀態(tài)下的分析。如圖7 所示，表明的是集中載荷的作用力，集中力 P 作用在一個圓柱體的坐標內(nèi)。 圖 7 P 作用在圓柱坐標系統(tǒng)內(nèi)的原點上。 在圓柱坐標系統(tǒng)內(nèi)，用 u, ,w 分別表示在 r, z 軸上的位移。其力的分解可用 [8]表示： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 位移有 u（徑向）， v 切向 ， w 法向 ，如圖 [8]所示 （ 5） （ 6） （ 7） 對于一個無限大的物體，取其一個與被測樣本尺寸相同的小單元體，并且中心與圓柱坐標系統(tǒng)的原點重合。對于這個小單元體的前表面的位移用 7式表示，它的前表面被分成 75100 的細網(wǎng)狀，在每個小個格用 x 和 y 建立笛卡爾坐標進行運算。因此，在笛卡爾坐標計算的式子如下： （ 10） r 對于聚碳酸酯的物質(zhì)的解析解法見 7 到 10 式，在 牛的載荷下，聚碳酸酯的物質(zhì)的在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的位移的變化曲線如圖 8（ a）和 b ,在二者區(qū)域內(nèi)的位移變化曲線是對稱的，正于實驗觀察的一致。 以有限元分析作指導(dǎo)與實驗的位移的變化相對照，首先是分析實驗的所記錄的光波波紋的變化，然后將實驗所得的光波波紋圖象與有限元分析的相比，可以發(fā)現(xiàn)，在圖 3 中，在剛開始的時候在 u 和區(qū)域內(nèi)的光波波紋是存在的。網(wǎng)狀物的位移等于從單位載荷中減去最開始區(qū)域內(nèi)的位移。圖 9 表明對于聚碳酸酯樣本當載荷由 0 牛到 牛的變化時的光波波紋的變化。網(wǎng)狀物在 牛負荷下的位移的變化曲線如圖 10（ a）所示，在圖 10（ a）中呈之字形移動的曲線和那些沒有規(guī)律的曲線是由于在濾波的過程中數(shù)字化噪音的影響。當干涉圖與滿載荷狀態(tài)下的波紋圖相符 合時，那條光滑的曲線也是應(yīng)被考慮的，繪圖軟件可以利用運算法則畫出不規(guī)則的網(wǎng)狀物位移的變化曲線，這條曲線關(guān)于中心線對稱，如圖 10（ b）表示的是 u 區(qū)域內(nèi)的利用有限元分析預(yù)測的聚碳酸酯在 牛靜載荷條件下的位移曲線，在圖 10（ a）中，樣本的 u 區(qū)域內(nèi)位移曲線關(guān)于中心線對稱，沒有與對稱線重合的。在對稱線的任何一個區(qū)域有三個變形區(qū)域，上面的是是位移偏向載荷線和中心線區(qū)域，這里的位移是負數(shù)，在樣本的較低的部分的表面是減弱的位移區(qū)，這個區(qū)域的位移線靠近中心線，這里的數(shù)值是正的。最大的位移區(qū)大約是 834106 毫米，這里 有兩條光波波紋來描繪。在兩個區(qū)域之間有一個中間的區(qū)域，這里沒有位移線，如圖 10（ b）所示，在有限元的分析中在樣本的任何一邊都有三個位移區(qū)，如圖（ a）所示，這里表示的位移線與實驗中的結(jié)果是一致的，在圖（ a）和圖 b 的描繪位移的區(qū)域具有可比較性。 對聚碳酸酯樣本 v 區(qū)域內(nèi)的實驗和有限元分析得出的位移線進行比較，如圖 11（ a）中表示的是網(wǎng)狀物質(zhì)的位移線，圖 11（ b）表示的是有限元分析預(yù)測的的曲線，它是關(guān)于樣本的中心線對稱畫出來的，在最下面 v 區(qū)域內(nèi)的位移為零，最大的位移處在載荷點或者是邊緣的中心處，最大的位移在實 驗中和有限元建摸分析中大約有 5000106 毫米，同樣在實驗所得的結(jié)論和有限元分析預(yù)測的結(jié)果有一個很明顯的相似區(qū)域，通過比較說明二者表示的相吻合。 圖 8 表示的輪廓線的圖從方程式 1 到 10 而得出的結(jié)論，反映的是在在一個物體的一個小部分，同樣它也反映了兩個區(qū)域內(nèi)的位移的對比，有限元分析和實驗分析的結(jié)果如圖 6（ a）和 b 中，相對比可以看出變化的趨勢是十分相似的。然而，分析結(jié)論所得的位移小于有限元分析所得的，同樣也小于實驗所得的相應(yīng)的區(qū)域，在圖 8 a 所示的在 u 區(qū)域內(nèi)的位移大約是圖 11 所表示的實驗和有限元分析的 ，如圖 8（ b）所示在 v 區(qū)域內(nèi)的位移大約是如圖 6（ b）所表示的有限元分析和實驗所得的到，在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)位移的不同可能應(yīng)歸于無窮大的物體同有限元模型和實驗的邊界條件的不同，例如，在實驗和有限元建立的模型中，樣本的兩側(cè)是沒有支撐的，在無窮大大的模型中，樣本是由臨近的物體支撐的，可以防止 v 區(qū)域內(nèi)的變形，在分析的結(jié)論的中可以看出較小的位移，另一個很重要的要素是由于在分析的模型中是集中的載荷作用其中心而不是像有限元和實驗中的是逐漸的增大壓力。 在這里我們將對氧化鋁在光學(xué)實驗中和有限元的得出的結(jié)論進行對比。圖 4（ a）和（ b）分別是在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)實驗所得的光波波紋圖，圖 6 a 和（ b）是有限元分析氧化鋁所得的曲線，圖 4 a 和（ b）是實驗的結(jié)果，當載荷由 0 牛到62 牛的時候，在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的的光波條紋的數(shù)量是一個恒量，如圖 5 b 所示的有限元分析的在 v 區(qū)域內(nèi)的等高線，處在 牛載荷下的最大位移是 毫米，仍然小于所描繪的 干涉 條紋位移的 417106 毫米，如圖 5 a 所示在 u 區(qū)域內(nèi)的處在 牛載荷下的最大位移是 7106 毫米，同樣也小于干涉條紋的位移的數(shù)值，對在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的有限元和實驗分析的位移進行比較 ，二者吻合。通過對比，在 牛的載荷下聚碳酸酯在 u 和 v 區(qū)域內(nèi)的位移與氧化鋁在同樣條件下的位移有很大的差異。陶瓷材料的位移小于聚合體的位移，因為陶瓷材料較為堅硬。因此，不能用光波測出處于靜載荷狀態(tài)下陶瓷材料的位移。 概要和結(jié)論 通過利用干涉測量 法 和有限元對聚碳酸酯和氧化鋁的樣本處在集中靜載荷狀態(tài)下的分析，并且實驗中二者的邊界條件是相同的，同樣也是利用一個固定的方案進行分析，這些條件下并根據(jù)光波的原理從而得出的結(jié)論。通過利用實驗和有限元對聚碳酸酯和氧化鋁的樣本分析而發(fā)現(xiàn)二者變位相似。對于聚碳酸酯樣本 在實驗中利用光波干涉測量法得出的結(jié)論與有限元分析的結(jié)論一致，對于陶瓷的樣本來說，當載荷由 1 牛到 62 牛的過程中變化的時候光波條紋沒有變化，這是由于陶瓷材料的剛性較好，通過實驗和有限元分析的方法可以發(fā)現(xiàn)有限元建模的分析方法是可以推斷出靜載荷作用在聚碳酸酯和氧化鋁的